[发明专利]一种中空激光与电解联合加工微型环槽的方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及制造技术的微细电解加工领域，特指一种中空激光与电解联合加工微型环槽的方法与装置。

背景技术

微小的槽结构存在于家用电器、仪器仪表和精密模具等领域中。其加工精度、加工质量及加工效率对产品的性能、质量和制造成本有很大的影响。通常普通结构的加工主要是通过机械加工进行的，然而微型结构往往比较小，其精度要求较高，很难通过机械加工达到精度要求。

电解加工的出现为微型结构的加工提供了一种渠道。在实际中，由于其具有工具无损耗、生产效率高、加工表面质量好、与材料硬度无关等优点，人们能够通过电解加工加工出各种复杂的微型结构，极大地满足了日常电器、仪器仪表等使用要求。

中国专利CN1919514A提出一种喷射液束电解—激光复合加工方法及其装置，在进行激光加工的同时，喷射与激光束同轴的高速喷射电解液束，被阴极极化的电解液束对激光加工区进行冷却、冲刷和电化学溶解，实现激光加工过程中去除再铸层。但这种方法在激光束穿过电解液喷射腔时，激光的部分能量会被电解液吸收，电解液的折射、散射也会影响光束的传导，进而不可避免地造成激光能量的损失，难以实现激光能量在电化学加工体系中的有效传输。

中国专利CN1259598C提出了准分子电化学微结构制造方法及其装置，首先利用集成电路的光刻制版工艺制造阵列微探针电极，在被加工基片和探针电极之间加入电解液，通电后，用准分子激光从探针电极上方照射加工区域，控制电化学反应，实现基片的微结构加工。该方法的缺点是准分子激光从探针电极上方向下照射时将被电极遮挡，激光只能照射到不需要加工的空隙处，而不能直接照射在加工部位。

中国专利CN10817108A提出一种掩膜电极的光电化学微刻蚀加工方法和装置，采用在导电玻璃上进行光刻胶作为掩膜电极，在激光的照射下进行光电化学反应，进而去除材料。但该方法只能通过光刻技术来改变加工的形状和大小，对于加工微型环槽来说，不能随意地改变环形槽内外径的大小，不具有灵活性。

针对以上微型槽加工方法存在的缺点，本发明提出一种微型环槽结构的加工方法，采用中空变束系统来控制环形加工区域的大小，在激光照射的同时进行电解加工，提高微型环槽加工的灵活性和精度。

发明内容

本发明的目的在于针对于微型环槽加工的灵活性和精度不足的缺点，提出一种精度高、加工区域可控性好、表面质量好、生产效率高的中空激光与电解联合加工微型环槽的方法和装置。采用可以将实心激光束变束成中空环形激光束的激光变束系统来控制环形加工区域的大小，这样使得环槽的加工具有很好的灵活性和柔性化；在进行电解加工的同时，对加工区域进行激光照射，在激光的作用下，其电化学反应的活化能得到降低，进而降低其临界分解电压，使待加工区域的电化学反应更容易发生，非照射区域则基本不发生反应，进而提高区域加工精度，同时激光冲击波的作用也有利于电解产物的排出；加工电源采用微秒级可调脉冲电源，在脉冲间隔时间内，其电极间隙内的电解液得到充分的更新，且在脉冲电流的作用下，间隙内存在压力波，对电解液起到一定的振动搅拌作用，有利于电解产物的快速排出，提高加工精度。

本发明实施方法具体为：

（1）采用ITO导电玻璃作为工具阴极。

（2）将工件阳极固定在工作台上，然后将工具阴极固定于工件阳极待加工区域的正上方并与之保持5~10mm的距离； 

（3）将工件阳极和工具阴极分别与微秒级可调脉冲电源的正负极连接；

（4）开启微量泵将槽中电解液经过过滤器输送到工件阳极表面并使其均匀且稳定的流过，加工过程中使电解液的液面与工具电极的下表面始终保持接触；

（5）通过计算机控制系统设定激光参数，激光器接收到计算机控制系统发出的指令发出激光束，激光束通过激光变束系统的变束与变焦后形成中空环形激光；通过数控系统再次调整工作台对中空激光束与工件上待加工区域进行精确定位，使中空激光束照射在加工区域；

（6）根据所需的微型环槽的尺寸设定好具体的电源加工参数，并将激光器输出的激光和脉冲电源输出的电压均设定到合适且相同的频率，然后启动激光器和数控系统，并给以工作台一定的进给速度使工具和工件之间保持2~3mm的反应间隙；同时接通微秒级可调脉冲电源进行电解加工；加工过程中，通过电流传感器采集电流信号，通过数据采集卡的数据采集后输入到计算机内进行数据处理，对电解加工状态进行判断。

（7）电解加工完成后对含有微型环槽的工件进行清理。